JP2007317894A - Ｉｃパッケージの実装構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＣパッケージの変形を防止し熱接続特性及び高周波接続特性の劣化を抑制し、高い熱接続特性及び高周波接続特性を兼ね備えたＩＣパッケージ実装構造を提供する。
【解決手段】ＩＣパッケージ１と被実装部４との線膨張係数が異なり、被実装部４にＩＣパッケージ１を実装するＩＣパッケージ１の実装構造において、被実装部４にＩＣパッケージ１をねじ３，３により、当該ねじ３，３の締付け応力を分散させる応力分散用固定部材１０，１０を介して固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＩＣパッケージと被実装部との線膨張係数が異なり、その被実装部に前記ＩＣパッケージを実装するＩＣパッケージの実装構造の技術分野に関する。

従来、ＩＣパッケージの実装構造では、高放熱特性を必要とし、かつ熱接続安定性及び高周波接続安定性を共有する必要がある場合、図５に示すようにＩＣパッケージ１を放熱ブロック２に半田付けを行った後、図６に示すようにねじ３により被実装部４に固定することで熱接続安定性を確保していた。

また、図７に示すようにＩＣパッケージ１を被実装部４に直接半田付けを行って熱接続安定性の確保していた。あるいは、図８に示すようにＩＣパッケージ１と被実装部４との間に熱伝導性グリス等の熱伝導性材料５を介在させ、ねじ３，３によりＩＣパッケージ１の固定部６，６を被実装部４に固定していた。

その他、ねじによりＩＣパッケージを被実装部に固定する発明ではないものの、半導体に加わる応力を分散させる発明としては、特許文献１及び２に開示されたものがある。すなわち、特許文献１に開示された発明は、基板とチップとの間に介在する山型の接触アームにより、上記チップに加わる応力を分散させるものである。

また、特許文献２に開示された発明は、半導体装置とマザーボードとの間に介在する複数の導電部材を円筒形の包容部材に包容した接続端子が、上記包容部材の円筒方向の応力をその面方向に分散させるものである。
実用新案登録第３０７３９９６号公報 特開平１１−３５４５８１号公報

しかしながら、図５及び図６に示すＩＣパッケージの実装構造では、ＩＣパッケージ１と放熱ブロック２との線膨張係数差に起因する半田の凝固破壊、半田とＩＣパッケージ１との界面破壊、半田と放熱ブロック２との界面破壊による破壊応力が発生し、半田に亀裂が発生するため、ある一定以上の線膨張係数差を有するＩＣパッケージ１と放熱ブロック２との接続は、著しく接続信頼性を劣化させるという問題がある。

この問題を解決するため、接続信頼性の確保する手段としては、放熱ブロック２の材料をＣｕ（銅）／Ｍｏ（モリブデン）、Ｃｕ／Ｗ（タングステン）等を使用してＩＣパッケージ１の線膨張係数に整合させる手段もある。しかしながら、この手段では、上記材料は特殊材料であり高価であるとともに、図６に示すようにＩＣパッケージ１と被実装部４と間に形成された隙間４ａにより特性インピーダンスが規定値から外れることとなり、高周波特性の劣化が生じる問題がある。

また、図７に示すようにＩＣパッケージ１を被実装部４に直接半田付けを行う実装構造では、図５及び図６に示すような高周波特性の劣化はないものの、接続信頼性を確保しようとすると、図５に示す実装構造と同様に被実装部４の材質が制約され、高価であり一般的ではないという問題がある。

さらに、図８に示すＩＣパッケージの実装構造は、ＩＣパッケージ１と被実装部４との間に熱伝導性材料５を介在させ、ＩＣパッケージ１の固定部６，６をねじ３，３により締め付けることにより被実装部４にＩＣパッケージ１を固定するようにしているものの、この実装構造では、図９（ａ）に示すようにねじ３，３の締付け応力により固定部６，６の切欠部７，７に集中応力が加わり、切欠部７，７の形状が時間の経過とともに線膨張により図９（ａ）から（ｂ）に示すように開くように変形が進行し、締付けトルクが緩むという問題がある。

そして、ＩＣパッケージ１の固定部６の形状が変化するに伴って、図１０に示す矢印のようにＩＣパッケージ１の内側方向に応力が発生し、ＩＣパッケージ１全体の変形が進行し、熱接続特性及び高周波接続特性が変化及び劣化し、接続信頼性を著しく低下させるという問題がある。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、ＩＣパッケージの変形を防止し熱接続特性及び高周波接続特性の劣化を抑制し、高い熱接続特性及び高周波接続特性を兼ね備えたＩＣパッケージの実装構造を提供することを目的とする。

本発明の請求項１では、ＩＣパッケージと被実装部との線膨張係数が異なり、前記被実装部に前記ＩＣパッケージを実装するＩＣパッケージの実装構造において、前記被実装部に前記ＩＣパッケージをねじにより、当該ねじの締付け応力を分散させる応力分散用固定部材を介して固定することを特徴とする。

本発明の請求項２では、請求項１に記載のＩＣパッケージの実装構造において、前記応力分散用固定部材は、角形のブロック状に形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項３では、ＩＣパッケージと被実装部との線膨張係数が異なり、前記被実装部に前記ＩＣパッケージを実装するＩＣパッケージの実装構造において、前記被実装部に前記ＩＣパッケージをねじにより、前記ねじの締付け応力を前記ＩＣパッケージの固定部の外側に変更する応力方向変更部材を介して固定することを特徴とする。

本発明の請求項４では、請求項３に記載のＩＣパッケージの実装構造において、前記応力方向変更部材は、前記被実装面との間にスペーサを介挿して前記ＩＣパッケージの固定部の内側から外側に上り勾配が形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項５では、請求項３に記載のＩＣパッケージの実装構造において、前記応力方向変更部材は、前記ＩＣパッケージの固定部の内側となる部位に切欠部を形成し、前記ＩＣパッケージの固定部の内側から外側に上り勾配が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、被実装部にＩＣパッケージをねじにより、そのねじの締付け応力を分散させる応力分散用固定部材を介して固定することにより、ねじにより発生した締付け応力は、応力分散用固定部材で分散され、ＩＣパッケージの固定部に応力集中することがなく、ＩＣパッケージを固定することができる。その結果、ＩＣパッケージの変形が防止され、高い熱接続特性及び高周波接続特性を確保することができる。

また、本発明によれば、被実装部にＩＣパッケージをねじにより、そのねじの締付け応力をＩＣパッケージの固定部の外側に変更する応力方向変更部材を介して固定することにより、ねじにより発生した締付け応力をＩＣパッケージの外側に向けることができ、常にＩＣパッケージの接続安定性の劣化を抑制することができる。その結果、ＩＣパッケージの変形が防止され、高い熱接続特性及び高周波接続特性を確保することができる。

以下、図面を参照して本発明の最良の実施形態について詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１（ａ），（ｂ）は本発明に係るＩＣパッケージの実装構造の第１実施形態を示す側面図，平面図である。なお、従来の構造と同一又は対応する部分には、同一の符号を用いて説明する。その他の実施形態も同様である。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、ＩＣパッケージ１及び被実装部４は、互いに線膨張係数が異なっている。ＩＣパッケージ１は、長手方向両側に固定部６，６を有し、この固定部６には、図９（ａ）に示すように両端から平面Ｕ字状の切欠部７，７が形成されている。これらの切欠部７，７を通してＩＣパッケージ１は、ねじ３，３により応力分散用固定部材としての応力分散用固定金具１０，１０を介して被実装部４に固定されている。

被実装部４は、例えばアルミニウム等の金属により形成されている。また、応力分散用固定金具１０，１０は、鉄やステンレス鋼等のように所定の硬度及び剛性を備えた金属から角形のブロック状に形成されている。

このように本実施形態によれば、ＩＣパッケージ１を固定するためのねじ３，３により発生した締付け応力は、応力分散用固定金具１０，１０により分散され、ＩＣパッケージ１の固定部６，６に応力集中することがなく、ＩＣパッケージ１を固定することができる。その結果、ＩＣパッケージ１の変形が防止され、低価格で高い熱接続特性及び高周波接続特性を確保することができる。

すなわち、本実施形態によれば、応力分散用固定金具１０，１０を介してＩＣパッケージ１をねじ３，３により非実装部４に固定することにより、ＩＣパッケージ１の変形及び締付けトルクの緩みを抑え、熱接続及び高周波接続安定性の劣化を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、応力分散用固定金具１０，１０は、所定の硬度及び剛性を備えた金属から角形のブロック状に形成したことにより、ＩＣパッケージ１の変形及び締付けトルクの緩みを確実に抑えることができる。

なお、本実施形態では、応力分散用固定金具１０，１０の素材を金属としたが、所定の剛性を備えていれば、合成樹脂等の他の素材を用いてもよい。

（第２実施形態）
図２は本発明に係るＩＣパッケージの実装構造の第２実施形態を示す側面図である。なお、図２の平面図は、図１（ｂ）と同様であることから省略する。

図２に示すように、ＩＣパッケージ１及び被実装部４は、互いに線膨張係数が異なっている。ＩＣパッケージ１は、前記第１実施形態と同様に長手方向両側に固定部６，６を有し、この固定部６には、図９（ａ）に示すように両端から平面Ｕ字状の切欠部７，７が形成されている。これらの切欠部７，７を通してＩＣパッケージ１は、ねじ３，３により応力方向変更部材としての応力方向変更用ブロック１１，１１を介して被実装部４に固定されている。

応力方向変更用ブロック１１，１１は、鉄やステンレス鋼等のように所定の硬度及び剛性を備えた金属から角形のブロック状に形成されている。また、応力方向変更用ブロック１１，１１には、そのＩＣパッケージ１の固定部６，６の外側底面と被実装部４との間にスペーサ１２が介挿されている。したがって、固定部６，６の外側底面と被実装部４との間にスペーサ１２，１２を介挿したことにより、応力方向変更用ブロック１１，１１の上面は、ＩＣパッケージ１の固定部６，６の内側から外側に上り勾配が形成される。

このように本実施形態によれば、応力方向変更用ブロック１１，１１の上面にＩＣパッケージ１の固定部６，６の内側から外側に上り勾配が形成され、この応力方向変更用ブロック１１，１１をねじ３，３によりＩＣパッケージ１の固定部６，６に締付け固定することにより、応力方向変更用ブロック１１，１１には、スペーサ１２，１２を中心として反時計方向の力が作用してＩＣパッケージ１の固定部６，６の外側に向かって締付け応力が発生することで、ＩＣパッケージ１の変形が防止され、低価格で高い熱接続特性及び高周波接続特性を確保することができる。

（第３実施形態）
図３は本発明に係るＩＣパッケージの実装構造の第３実施形態を示す側面図、図４は第３実施形態の作用を示す拡大側面図である。なお、図３の平面図は、図１（ｂ）と同様であることから省略する。

図３に示すように、ＩＣパッケージ１及び被実装部４は、互いに線膨張係数が異なっている。ＩＣパッケージ１は、前記第１実施形態と同様に長手方向両側に固定部６，６を有し、この固定部６には、図９（ａ）に示すように両端から平面Ｕ字状の切欠部７，７が形成されている。これらの切欠部７，７を通してＩＣパッケージ１は、ねじ３，３により応力方向変更部材としての応力方向変更用ブロック１３，１３を介して被実装部４に固定されている。

応力方向変更用ブロック１３，１３は、鉄やステンレス鋼等のように所定の硬度及び剛性を備えた金属から角形のブロック状に形成されている。また、応力方向変更用ブロック１３，１３には、そのＩＣパッケージ１の固定部６，６の内側となる部位に切欠部１４，１４が形成されている。したがって、固定部６，６の内側となる部位に切欠部１４，１４を形成したことにより、応力方向変更用ブロック１３，１３の上面は、ＩＣパッケージ１の固定部６，６の内側から外側に上り勾配が形成される。

このように本実施形態によれば、応力方向変更用ブロック１３，１３の上面にＩＣパッケージ１の固定部６，６の内側から外側に上り勾配が形成され、この応力方向変更用ブロック１３，１３をねじ３，３によりＩＣパッケージ１の固定部６，６に締付け固定することにより、応力方向変更用ブロック１３，１３には、その支点部１３ａ,１３ａを中心として図４に矢印で示すようにＩＣパッケージ１の固定部６，６の外側に向かって締付け応力が発生することで、ＩＣパッケージ１の変形が防止され、低価格で高い熱接続特性及び高周波接続特性を確保することができる。

（ａ），（ｂ）は本発明に係るＩＣパッケージの実装構造の第１実施形態を示す側面図，平面図である。 本発明に係るＩＣパッケージの実装構造の第２実施形態を示す側面図である。 本発明に係るＩＣパッケージの実装構造の第３実施形態を示す側面図である。 第３実施形態の作用を示す拡大側面図である。 従来の実装構造におけるＩＣパッケージ、放熱ブロック及び放熱ブロックにＩＣパッケージを実装した状態を示す斜視図である。 図５の放熱ブロックを被実装部にねじにより固定した状態を示す断面図である。 従来の実装構造においてＩＣパッケージを直接被実装面に半田付けした状態を示す斜視図である。 他の従来の実装構造においてＩＣパッケージと被実装部とを熱伝導性材料を介してねじにより固定した状態を示す側面図である。 （ａ），（ｂ）は従来の実装構造においてＩＣパッケージを固定した際の固定部の変形状態を示す平面である。 他の従来の実装構造においてＩＣパッケージを固定した際の応力発生方向を示す説明図である。

符号の説明

１ ＩＣパッケージ
３ ねじ
４ 被実装部
６ 固定部
１０ 応力分散用固定金具
１１ 応力方向変更用ブロック
１２ スペーサ
１３ 応力方向変更用ブロック
１３ａ 支点部
１４ 切欠部

Claims (5)

1. ＩＣパッケージと被実装部との線膨張係数が異なり、前記被実装部に前記ＩＣパッケージを実装するＩＣパッケージの実装構造において、
   前記被実装部に前記ＩＣパッケージをねじにより、当該ねじの締付け応力を分散させる応力分散用固定部材を介して固定することを特徴とするＩＣパッケージの実装構造。
2. 前記応力分散用固定部材は、角形のブロック状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＩＣパッケージの実装構造。
3. ＩＣパッケージと被実装部との線膨張係数が異なり、前記被実装部に前記ＩＣパッケージを実装するＩＣパッケージの実装構造において、
   前記被実装部に前記ＩＣパッケージをねじにより、前記ねじの締付け応力を前記ＩＣパッケージの固定部の外側に変更する応力方向変更部材を介して固定することを特徴とするＩＣパッケージの実装構造。
4. 前記応力方向変更部材は、前記被実装面との間にスペーサを介挿して前記ＩＣパッケージの固定部の内側から外側に上り勾配が形成されていることを特徴とする請求項３に記載のＩＣパッケージの実装構造。
5. 前記応力方向変更部材は、前記ＩＣパッケージの固定部の内側となる部位に切欠部を形成し、前記ＩＣパッケージの固定部の内側から外側に上り勾配が形成されていることを特徴とする請求項３に記載のＩＣパッケージの実装構造。